高中物理选修3-1《实验：测定电池的电动势和内阻》学案

10　实验：测定电池的电动势和内阻 电池已成为人类生活的亲密伙伴，生活中处处需要电池，新旧电池的主要不同是什么？测量电池的电动势和内阻的实验为什么要选用旧电池？ 提示：新旧电池的主要不同是内电阻不同．旧电池内电阻较大，在实验时，电流变化时路端电压变化明显． 【例1】　用伏安法测一节干电池的电动势E和内电阻r，所给的器材有： A．电压表：0～3～15 V B．电流表：0～0.6～3 A C．滑动变阻器R1：(总阻值20 Ω) D．滑动变阻器R2：(总阻值100 Ω) E．电键S和导线若干． (1)电压表量程选用_____；滑动变阻器选用_____(填R1或R2)； (2)在虚线框中将电压表连入实验电路中； (3)在U?I图中已画出七组实验数据所对应的坐标点，请根据这些点作出U?I图线并由图线求出：E＝_____ V，r＝_____ Ω. 【答案】　(1)0～3 V　R1　(2)实物连接见下图 (3)见下图　1.43～1.47　0.60～0.80 【解析】　由于一节干电池的电动势约为1.5 V，电压表量程是0～3 V；为了调节方便，滑动变阻器用R1，连线时注意让尽量多的点落在直线上，不在直线上的点，应均匀分布在直线两侧，然后根据图象求E、r. 总结提能 实验中应注意的问题 (1)为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，宜选用旧电池；内阻较大的电压表可减小因电压表分流造成的误差． (2)电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电电流不宜超过0.3 A，短时间放电电流不宜超过0.5 A．因此实验中不宜将I调得过大，读电表的示数要快，每次读完后应立即断电． (3)当干电池的路端电压变化不很明显时，作图象时，纵轴单位可取小一些，且纵轴起点可不从零开始． 如图所示，此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势E，但图线与横轴交点不再是短路电流，求内阻时要在直线上取相隔较远的两点，用r＝||求出． (4)为了提高测量的精确度，在实验中I、U的变化范围要大一些，计算E、r时，U1和U2、I1和I2的差值要大一些． (5)用伏安法测电动势E和内电阻r时，可以设计成两种电路． 如图所示，在实验中我们选择甲图的原因有：依据闭合电路的欧姆定律E＝U＋Ir，在实验中需要测路端电压U和电源中的电流I，可以看出，甲图中由于电压表的分流作用，使电流表测得的不是真实的电源中的电流；乙图中由于电流表的分压作用，电压表测得的不是真实的路端电压．这两个电路都存在系统误差，由于电流表的电阻和电源的内阻差不多大，则乙图测量的电源内阻阻值和真实值相差太大．故电流表的分压作用不能忽略，所以选用甲图电路较好． (6)仪器的选择 ①电流表量程的选择：量程要大于电源允许通过的最大电流，对于电池来讲允许通过的最大电流是0.5 A，故需要选0～0.6 A. ②电压表量程的选择：量程要大于电源电动势，对一节干电池来讲，电压表量程在大于1.5 V的前提下越小越好． ③滑动变阻器的选择：滑动变阻器的最大电阻为待测电阻的几倍时较好，在该实验中因电源内阻比较小，故滑动变阻器选择较小一点的即可． 在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，备有下列器材： A．待测干电池(电动势约为1.5 V，内阻小于1.0 Ω) B．电流表G(满偏电流Ig＝3 mA，内阻Rg＝10 Ω) C．电流表A(0～0.6 A，内阻0.1 Ω) D．滑动变阻器R1(0～20 Ω，10 A) E．滑动变阻器R2(0～200 Ω，1 A) F．定值电阻R0(990 Ω) G．开关和导线若干 (1)某同学发现上述器材中虽然没有电压表，但给出了两个电流表，于是他设计了如图甲中的a、b两个参考实验电路．其中合理的是图b所示的电路；在该电路中，为了操作方便且能较准确地进行测量，滑动变阻器应选D(填写器材前的字母代号)． (2)图乙为该同学根据(1)中选出的合理实验电路，利用测出的数据绘出的I1?I2图线(I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数)，则由 ... ...